摘 要：為探究不同土地利用方式下沙洋縣土壤銅、鋅、鉻、鎳元素的含量特征及其對(duì)土地利用的響應(yīng)，選取研究區(qū)內(nèi)主要七類土地利用方式：水田、旱地、灘涂、林地、草地、水面（湖塘河區(qū)）、建設(shè)用地，對(duì)土壤中的銅、鋅、鉻、鎳元素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和空間插值。研究表明：沙洋鎮(zhèn)土壤銅、鋅、鉻、鎳元素含量平均值分別為

27.31、77.21、74.62、32.50 mg/kg。四種元素含量均值在灘涂地塊最高，分別達(dá)到31.16、80.153、87.906、38.127 mg/kg，四種元素單點(diǎn)最高值分別為52.63、170.387、113.190、55.376 mg/kg，分別出現(xiàn)在水田、建設(shè)用地、建設(shè)用地、水田。土壤銅、鋅元素總體在沙洋鎮(zhèn)的中心城區(qū)較為聚集，而土壤鉻、鎳元素沒有這類現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：沙洋鎮(zhèn)；土地利用方式；銅、鋅、鉻、鎳元素

中圖分類號(hào)：S153.6 " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

過量的重金屬元素會(huì)對(duì)人類和其他動(dòng)植物產(chǎn)生不良影響，重金屬對(duì)人體的影響過程中的重要介質(zhì)是土壤，土壤銅過量會(huì)對(duì)植物光合作用、細(xì)胞結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生不良影響[1-2]；土壤鋅過量會(huì)抑制植物根的生長(zhǎng)，影響植物根系對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)元素的吸收[3]；土壤鉻通常有三價(jià)鉻和六價(jià)鉻，均對(duì)人體健康有害，其中六砎鉻是強(qiáng)致突變物質(zhì)，通過食物鏈進(jìn)入人體，可誘發(fā)人體肺癌和鼻咽癌[4-6]；鎳污染是由鎳及其化合物所引起的環(huán)境污染，土壤鎳可以使甜菜、番茄、馬鈴薯和燕麥等生長(zhǎng)減緩[7-8]；因此土壤中過量的銅鋅鉻鎳可以造成土壤生態(tài)環(huán)境破壞，同時(shí)通過食物鏈對(duì)人體造成不良影響。近10年來(lái)，土壤重金屬的研究主要涉及重金屬生態(tài)修復(fù)技術(shù)、重金屬生態(tài)安全閾值測(cè)試、重金屬來(lái)源、土地利用對(duì)重金屬的影響效應(yīng)等[9-15]，其中土地利用主要聚焦人類活動(dòng)對(duì)土壤重金屬的累積影響，比如施肥、施用農(nóng)藥、工礦業(yè)廢水廢渣排入土壤等，土地利用類型可以作為對(duì)土壤重金屬影響的分類指標(biāo)[16-22]。

本文研究地點(diǎn)湖北省沙洋縣地處鄂中腹地，漢江中下游，江漢平原北端，地跨109°11′E—109°55′E，29°33′N—20°12′N。沙洋鎮(zhèn)為沙洋縣城駐地，位于沙洋縣東南部，毗鄰漢江，地貌以平原為主，土壤大多為第四紀(jì)孫家河組沖洪積層潮土，土層較厚，色澤多棕黃或灰黃，人類居民和耕作等活動(dòng)較為強(qiáng)烈。地處中緯度北亞熱帶季風(fēng)氣候帶，屬半濕潤(rùn)地區(qū)。年平均氣溫15.9 ℃，7月份平均溫度為27.8 ℃，平均無(wú)霜期255 d，年均日照時(shí)數(shù)2 008 h，多年平均降水量1 051.6 mm；降雨主要集中在夏季，占全年總降雨量的46%。沙洋鎮(zhèn)是農(nóng)業(yè)種植區(qū)，且人類活動(dòng)較為頻繁，土地利用方式多樣且典型。本文基于湖北省沙洋縣土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)項(xiàng)目中對(duì)沙洋鎮(zhèn)土壤的調(diào)查取樣，分析沙洋鎮(zhèn)土壤銅、鋅、鉻、鎳元素對(duì)土地利用方式的響應(yīng)，旨在揭示土壤銅、鋅、鉻、鎳元素在江漢平原人類建設(shè)用地區(qū)和農(nóng)業(yè)種植區(qū)等不同土地利用方式下的含量特征，為今后土壤銅、鋅、鉻、鎳元素的干預(yù)治理和土地資源的合理利用提供科學(xué)參考。

1 試驗(yàn)樣本及測(cè)量方法

1.1 研究區(qū)土地利用概況

圖1展示了研究區(qū)的不同土地利用方式和采樣點(diǎn)分布。研究區(qū)總面積53.49 km2，旱地面積11.55 km2，占比21.59%；建設(shè)用地面積22.28 km2，占比41.66%；林地面積2.29 km2，占比4.28%；水面（湖、塘、河水面）面積7.54 km2，占比14.10% ；水田面積7.53 km2，占為14.09%；灘涂面積2.24 km2，占比4.19%；草地面積為0.05 km2，占比0.10%。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集

在沙洋縣沙洋鎮(zhèn)內(nèi)，進(jìn)行全覆蓋區(qū)域1∶50 000土壤調(diào)查，每km2均勻設(shè)置3～4個(gè)樣點(diǎn)，一共有285個(gè)取樣點(diǎn)。沙洋鎮(zhèn)土地利用方式最為豐富，土地基礎(chǔ)母質(zhì)來(lái)源較為均一，因此，適合設(shè)計(jì)試驗(yàn)，揭示土地利用方式對(duì)土壤重金屬元素的干擾，本采樣全部為人類活動(dòng)干擾較大的土壤表層樣，對(duì)每一采樣點(diǎn)的土壤表層0～20 cm深度進(jìn)行取樣，實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后，取出細(xì)根、石粒等雜質(zhì)，碾磨后過0.1 mm孔徑篩制成待測(cè)土壤樣品。

1.2.2 土壤銅鋅鉻鎳元素測(cè)定方法

（1）土壤銅、鋅、鉻、鎳采用國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)HJ 491—2019中火焰原子吸收分光光度法[23]，每批土壤做3 次空白樣和平行樣，取平均值作為樣品銅鋅鉻鎳元素的最終含量，測(cè)試過程中加入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤參比物質(zhì)（GSS-12）進(jìn)行質(zhì)量控制，各重金屬的回收率均在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)參比物質(zhì)的允許范圍內(nèi)。

（2）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS17.0軟件，圖件由MapGis67和Origin8.1軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)土壤銅鋅鉻鎳元素總體含量特征

沙洋鎮(zhèn)土壤銅、鋅、鉻、鎳元素平均值分別為27.31、77.21、74.62、32.50 mg/kg，變異系數(shù)分別為0.24、0.23、0.18、0.22（見表1），均屬于低等變異程度。除鋅的極大值170.39 mg/kg接近土壤安全閾值200 mg/kg（5.5＜pH≤6.5）以外，總體上沙洋縣土壤銅、鋅、鉻、鎳元素含量均在土壤重金屬安全閾值內(nèi)。從土壤銅、鋅、鉻、鎳元素統(tǒng)計(jì)直方圖（圖2）可以看出，土壤銅元素含量分布相對(duì)其他三個(gè)元素較接近正態(tài)分布，土壤鋅元素偏態(tài)分布較為明顯，研究區(qū)土壤鉻和鎳含量分布較為集中，少數(shù)點(diǎn)位出現(xiàn)了高值。

2.2 研究區(qū)土壤銅鋅鉻鎳元素在不同土地利用下含量特征

表2為不同土地利用方式下土壤銅元素的統(tǒng)計(jì)特征。銅元素含量均值在灘涂地塊最高，數(shù)值為31.16 mg/kg，其次是建設(shè)用地和水田，分別為28.29 、28.40 mg/kg。在研究區(qū)中水田土壤出現(xiàn)了銅元素含量的最高值52.63 mg/kg，土壤銅含量均值在不同土地利用下的排序?yàn)闉┩浚舅铮窘ㄔO(shè)用地＞林地＞旱地＞水面＞草地。

如表3所示，鋅元素含量均值在灘涂地塊最高，達(dá)到80.153 mg/kg，其次是建設(shè)用地和旱地，分別為79.684、78.881 mg/kg，建設(shè)用地土壤出現(xiàn)了鋅元素含量的最高值170.387 mg/kg，土壤含量均值鋅在不同土地利用下的排序?yàn)闉┩浚窘ㄔO(shè)用地＞旱地＞水田＞水面＞林地＞草地。

如表4所示，鉻元素含量均值在灘涂最高，數(shù)值為87.906 mg/kg，其次是建設(shè)用地和水田，分別為81.141、78.451 mg/kg，建設(shè)用地土壤出現(xiàn)了鉻元素含量的最高值113.190 mg/kg，土壤鉻含量均值在不同土地利用下的排序?yàn)闉┩浚窘ㄔO(shè)用地＞水田＞林地＞旱地＞草地＞水面。

如表5所示，鎳元素含量均值在灘涂地塊最高，數(shù)值為38.127 mg/kg，其次是建設(shè)用地和林地，分別為35.336、33.362 mg/kg，在研究區(qū)中水田土壤出現(xiàn)了鎳元素含量的最高值55.376 mg/kg，土壤鎳含量均值在不同土地利用下的排序?yàn)闉┩浚窘ㄔO(shè)用地＞林地＞水田＞旱地＞草地＞水面。

圖3展示了沙洋鎮(zhèn)土壤銅鋅鉻鎳元素地球化學(xué)最值，可知，土壤銅、鋅元素總體在沙洋鎮(zhèn)的中心城區(qū)較為聚集，而土壤鉻、鎳元素沒有這類現(xiàn)象，沙洋鎮(zhèn)建設(shè)用地的土壤銅、鋅元素含量相對(duì)南部大面積農(nóng)業(yè)區(qū)偏高，包括毗鄰建設(shè)用地的一部分水稻田，沙洋鎮(zhèn)南部地區(qū)土壤銅、鋅、鉻、鎳含量較低，多為沙洋縣沙洋鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)種植物以及魚蝦養(yǎng)殖區(qū)。表明沙洋鎮(zhèn)目前的農(nóng)業(yè)活動(dòng)并未造成土壤的銅、鋅、鉻、鎳的累積效應(yīng)，而城區(qū)的人類活動(dòng)可能對(duì)土壤的銅、鋅元素造成了一定的累積。

3 結(jié)論與建議

通過對(duì)沙洋鎮(zhèn)土壤銅鋅鉻鎳元素含量的測(cè)量分析，得到以下結(jié)論。

（1）沙洋鎮(zhèn)土壤銅、鋅、鉻、鎳元素含量平均值分別為27.31、77.21、74.62、32.50 mg/kg，變異系數(shù)分別為0.24、0.23、0.18、0.22?？傮w上沙洋鎮(zhèn)土壤銅、鋅、鉻、鎳元素含量均在土壤重金屬安全閾值內(nèi)。土壤銅元素含量分布相對(duì)其他三個(gè)元素較接近正態(tài)分布，土壤鋅元素的偏態(tài)分布較為明顯，鉻和鎳含量分布較為集中，少數(shù)點(diǎn)位出現(xiàn)了高值。

（2）土壤銅、鋅、鉻、鎳元素含量均值均在灘涂地塊最高，分別達(dá)到31.16、80.153、87.906、38.127 mg/kg，土壤銅、鋅、鉻、鎳元素含量單點(diǎn)最高值分別為52.63、170.387、113.190、55.376 mg/kg，分別出現(xiàn)在水田、建設(shè)用地、建設(shè)用地、水田。

（3）土壤銅、鋅、鉻、鎳含量均值在不同土地利用下的排序分別為灘涂＞水田＞建設(shè)用地＞林地＞旱地＞水面＞草地、灘涂＞建設(shè)用地＞旱地＞水田＞水面＞林地＞草地、灘涂＞建設(shè)用地＞水田＞林地＞旱地＞草地＞水面、灘涂＞建設(shè)用地＞林地＞水田＞旱地＞草地＞水面。

（4）土壤銅、鋅元素總體在沙洋鎮(zhèn)的中心城區(qū)較為聚集，而土壤鉻、鎳元素沒有這類現(xiàn)象。

（5）沙洋縣沙洋鎮(zhèn)整體土地銅鋅、鉻、鎳、污染程度較小，針對(duì)土壤銅、鋅、鉻、鎳元素的環(huán)境治理，應(yīng)對(duì)灘涂和建設(shè)用地兩類土地利用方式予以重視，防止人類活動(dòng)帶來(lái)土壤銅、鋅、鉻、鎳環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。建議在沙洋灘涂用地中采取一定的生態(tài)治理工程，比如利用生物吸附、改變土壤理化性質(zhì)等[24-25]。沙洋縣作為漢江中下游重要農(nóng)業(yè)種植區(qū)，在土壤銅、鋅、鉻、鎳等重金屬元素的治理和干預(yù)，應(yīng)特別重視農(nóng)業(yè)活動(dòng)的影響，建議合理施用農(nóng)藥化肥，減弱土壤重金屬元素的累積效應(yīng)。

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Characteristics of Copper，Zinc，Chromium and Nickel Content in Soils with Different Land Use Types in the Jianghan Plain：A Case Study on Shayang Town

YUAN Zhiyang1，2，YANG Boyong1，PAN Fei1，YANG Liangzhe1，2，KANG Quanguo1，WANG Di1，WANG Dan1，2

（1.Hubei Institute of Geo-science，Wuhan 430000，China；2. Hubei Test Center for Selenium Ecological Environment Effect，Wuhan 430000，China）

Abstract：The aim of this study is to characterize the content of copper，zinc，chromium，and nickel elements in soils of Shayang County under different land use practices and their responses to land use. Seven predominant land use types in the study area，including paddy fields，drylands，mudflats，forested areas，grasslands，water surfaces （lakes，ponds，rivers），and construction sites，are selected for statistical analysis and spatial interpolation of Cu，Zn，Cr and Ni content in soils. Results show that the average values of Cu，Zn，Cr and Ni content of soil in Shayang Town are 27.31，77.21，74.62 and 32.50 mg/kg，respectively. Maximum mean concentrations for these four elements are observed in beach plots，reaching 31.16，80.153，87.906，and 38.127 mg/kg，respectively. The highest single point values for the four elements are 52.63，170.387，113.190，and 55.376 mg/kg，respectively，each found in paddy fields，construction land，construction land，and paddy fields. Copper and zinc elements are generally more aggregated in the central part of Shayang Town，while chromium and nickel elements do not display similar pattern.

Key words：Shayang town；land use methods；copper，zinc，chromium，nickel elements